%
% This work by Nik S Denin is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License.
% Original work can be found here: http://code.google.com/p/software-development-diploma/
%

\section{Разработка вопросов по экологии и безопасности жизнедеятельности}
\label{sec:Chapter_5}

\subsection{Эргономика рабочего места инженера-программиста}
\label{subsec:Chapter_5_1}

Согласно ГОСТ 12.2.032-78 конструкция рабочего места и взаимное расположение всех его элементов должно соответствовать
антропометрическим, физическим и психологическим требованиям. Большое значение имеет также характер работы. В
частности, при организации рабочего места программиста должны быть соблюдены следующие основные условия:

\begin{itemize}
	\item{оптимальное размещение оборудования, входящего в состав рабочего места;}
	\item{достаточное рабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения.}
\end{itemize}

Главными элементами рабочего места программиста являются письменный стол и кресло. Основным рабочим положением является
положение сидя. Рабочее место для выполнения работ в положении сидя организуется в соответствии с ГОСТ 12.2.032-78.

Рабочая поза сидя вызывает минимальное утомление программиста. Рациональная планировка рабочего места предусматривает
четкий порядок и постоянство размещения предметов, средств труда и документации. То, что требуется для выполнения работ
чаще, расположено в зоне легкой досягаемости рабочего пространства.

Моторное поле - пространство рабочего места, в котором могут осуществляться двигательные действия человека.

Максимальная зона досягаемости рук - это часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми
максимально вытянутыми руками при движении их в плечевом суставе.

Оптимальная зона - часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми предплечьями при движении в
локтевых суставах с опорой в точке локтя и с относительно неподвижным плечом.

При проектировании письменного стола следует учитывать следующее:

\begin{itemize}
	\item{высота стола должна быть выбрана с учётом возможности сидеть свободно, в удобной позе, при необходимости
	опираясь на подлокотники;}
	\item{нижняя часть стола должна быть сконструирована так, чтобы программист мог удобно сидеть, не был вынужден
	поджимать ноги;}
	\item{поверхность стола должна обладать свойствами, исключающими появление бликов в поле зрения программиста;}
	\item{конструкция стола должна предусматривать наличие выдвижных ящиков (не менее 3 для хранения документации,
	листингов, канцелярских принадлежностей, личных вещей).}
\end{itemize}

Параметры рабочего места выбираются в соответствии с антропометрическими характеристиками. При использовании этих
данных в расчетах следует исходить из максимальных антропометрических характеристик ($M+2$).
 
При работе в положении сидя рекомендуются следующие параметры рабочего пространства:

\begin{itemize}
	\item{ширина не менее 700 мм;}
	\item{глубина не менее 400 мм;}
	\item{высота рабочей поверхности стола над полом 700-750 мм.} 
\end{itemize}

Оптимальными размерами стола являются:

\begin{itemize}
	\item{высота 710 мм;}
	\item{длина стола 1300 мм;}
	\item{ширина стола 650 мм.} 
\end{itemize}

Поверхность для письма должна иметь не менее 40 мм в глубину и не менее 600 мм в ширину.
 
Под рабочей поверхностью должно быть предусмотрено пространство для ног:

\begin{itemize}
	\item{высота не менее 600 мм;}
	\item{ширина не менее 500 мм;}
	\item{глубина не менее 400 мм.} 
\end{itemize}

Важным элементом рабочего места программиста является кресло. Оно выполняется в соответствии с ГОСТ 21.889-76. При
проектировании кресла исходят из того, что при любом рабочем положении программиста его поза должна быть физиологически
правильно обоснованной, т.е. положение частей тела должно быть оптимальным. Для удовлетворения требований физиологии,
вытекающих из анализа положения тела человека в положении сидя, конструкция рабочего сидения должна удовлетворять
следующим основным требованиям:

\begin{itemize}
	\item допускать возможность изменения положения тела, т.е. обеспечивать свободное перемещение корпуса и конечностей
	тела друг относительно друга;
	\item допускать регулирование высоты в зависимости от роста работающего человека (в пределах от 400 до 550 мм);
	\item иметь слегка вогнутую поверхность;
	\item иметь небольшой наклон назад.
\end{itemize}

Исходя из вышесказанного, приведем параметры стола программиста:

\begin{itemize} 
	\item высота стола 710 мм;
	\item длина стола 1300 мм;
	\item ширина стола 650 мм;
	\item глубина стола 400 мм.
\end{itemize}
 
Поверхность для письма:

\begin{itemize} 
	\item в глубину 40 мм;
	\item в ширину 600 мм.
\end{itemize}

Важным моментом является также рациональное размещение на рабочем месте документации, канцелярских принадлежностей, что
должно обеспечить работающему удобную рабочую позу, наиболее экономичные движения и минимальные траектории перемещения
работающего и предмета труда на данном рабочем месте.

Создание благоприятных условий труда и правильное эстетическое оформление рабочих мест на производстве имеет большое
значение как для облегчения труда, так и для повышения его привлекательности, положительно влияющей на
производительность труда. Окраска помещений и мебели должна способствовать созданию благоприятных условий для
зрительного восприятия, хорошего настроения. В служебных помещениях, в которых выполняется однообразная умственная работа,
требующая значительного нервного напряжения и большого сосредоточения, окраска должна быть спокойных тонов -
малонасыщенные оттенки холодного зеленого или голубого цветов.

\subsection{Параметры микроклимата в производственных помещениях}
\label{subsec:Chapter_5_2}

Микроклимат может меняться в широких  пределах, в то время как необходимым условием жизнедеятельности человека является
поддержание постоянства температуры тела благодаря свойству терморегуляции, т.е. способности организма регулировать
отдачу тепла в окружающую среду.

Основной принцип нормирования микроклимата - создание оптимальных условий для теплообмена тела человека с окружающей
средой. В санитарных нормах СН-245/71 установлены величины параметров микроклимата, создающие комфортные условия. Эти
нормы устанавливаются в зависимости от времени года, характера трудового процесса и характера производственного
помещения (значительные или незначительные тепловыделения). Для рабочих помещений с избыточным тепловыделением до 20
$\text{ккал/м}^3$ допустимые и оптимальные значения параметров микроклимата приведены в таблице \ref{tab:Microclimate}.

\begin{table}[ht]
	\center
	\begin{tabular}{|p{2.5cm}|p{2.8cm}|p{2.65cm}|p{3.1cm}|p{2.8cm}|} \hline
	Время года & Зона & Температура воздуха, \textcelsius & Относительная влажность, \% & Скорость движения воздуха, м/с
\\ \hline Холодный период & Оптимальная & 18 - 21 & 60 - 40 & < 0.2 \\ \hline
Переходный период & Допустимая & 17 - 21 & < 75 & < 0.3 \\ \hline
Теплый период года (t > 10\textcelsius) & Оптимальная & 20 - 25 & 60 - 40 & < 0.3 \\ \hline
  & Допустимая & < 28 в 13 часов самого жаркого мес. & < 75 & < 0.5 \\ \hline
	\end{tabular}
	\caption{Оптимальные значения параметров микроклимата}
	\label{tab:Microclimate}
\end{table}

Работа инженера-программиста относится к категории \textbf{1а}. К этой категории относятся работы, производимые сидя и
не требующие физического напряжения, при которых расход энергии составляет до 120 ккал/ч.

В настоящее время для обеспечения комфортных условий используются как организационные методы, так и технические
средства. К числу организационных относятся рациональная организация проведения работ в зависимости от времени года и
суток, а также организация правильного чередования труда и отдыха. В связи с этим рекомендуется на территории
предприятия организовывать зеленую зону со скамейками для отдыха и водоемом (бассейны, фонтаны). Технические средства
включают вентиляцию, кондиционирование воздуха, отопительную систему.

\subsection{Расчёт системы вентиляции и кондиционирования в производственных помещениях}
\label{subsec:Chapter_5_3}

Системы отопления, вентиляции и кондиционирования следует устанавливать так, чтобы ни теплый, ни холодный
воздух не направлялся на людей. На производстве рекомендуется создавать динамический климат с определенными перепадами
показателей. Температура воздуха у поверхности пола и на уровне головы не должна отличаться более, чем на 5
\textcelsius. В производственных помещениях помимо естественной вентиляции предусматривают приточно-вытяжную
вентиляцию. Основным параметром, определяющим характеристики вентиляционной системы, является кратность обмена, т.е.
сколько раз в час сменится воздух в помещении.

\subsubsection{Расчёт для помещения}
\label{subsubsec:CountRoom}

\begin{itemize}
	\item $V_{\text{вент}}$ - объём воздуха, необходимый для обмена;
	\item $V_{\text{пом}}$ - объём рабочего помещения.
\end{itemize}

Для расчета примем следующие размеры рабочего помещения:

\begin{itemize}
	\item длина $B = 5$ м;
	\item ширина $A = 5$ м;
	\item высота $H = 3$ м. 
\end{itemize}

Соответственно объем помещения равен:

\begin{center}
$V_\text{пом} = A \cdot B \cdot H = 75$ $\text{м}^3$
\end{center}

Необходимый для обмена объём воздуха $V_\text{вент}$ определим исходя из уравнения теплового баланса:

\begin{center}
$V_{\text{вент}} \cdot C(t_{\text{уход}} - t_{\text{приход}}) \cdot Y = 3600 \cdot Q_{\text{избыт}}$,
\end{center}

где:

\begin{itemize}
	\item $Q_\text{избыт}$ - избыточная теплота (Вт);
	\item $C = 1000$ - удельная теплоёмкость воздуха ($\text{Дж}/(\text{кг} \cdot \gc)$);
	\item $Y = 1,22$ - плотность воздуха ($\text{кг}/\text{м}^3$);
	\item $t_{\text{приход}} = 18 \gc$.
\end{itemize}

Температура уходящего воздуха определяется по формуле:

\begin{center}
$t_{\text{уход}} = t_{\text{р.м.}} + (H - 2) \cdot t$,
\end{center}

где:

\begin{itemize}
	\item $t = 1-5\gc$ - повышение t на 1 м высоты помещения;
	\item $t_{\text{р.м.}} = 25\gc$ - температура на рабочем месте;
	\item $H = 3$ м - высота помещения; 
\end{itemize}

\begin{center}
$t_{\text{уход}} = 25 + (3 - 2) \cdot 2 = 27\gc$
\end{center}

\begin{center}
$Q_{\text{избыт}} = Q_{\text{изб.1}} + Q_{\text{изб.2}} + Q_{\text{изб.3}}$,
\end{center}

$Q_{\text{изб.1}}$ - избыток тепла от электрооборудования и освещения.

\begin{center}
$Q_{\text{изб.1}} = E \cdot p$,
\end{center}

где:

\begin{itemize}
	\item $E$ - коэффициент потерь электроэнергии на теплоотвод ($E = 0,55$ для освещения);
	\item $p$ - мощность ($p = 40 \cdot 15 = 600$ Вт).
\end{itemize}

\begin{center}
$Q_{\text{изб.1}} = 0,55 \cdot 600 = 330$ Вт
\end{center}

$Q_{\text{изб.2}}$ - теплопоступление от солнечной радиации.

\begin{center}
$Q_{\text{изб.2}} = m \cdot S \cdot k \cdot Q_{c}$,
\end{center}

где:

\begin{itemize}
	\item $m$ - число окон, примем $m = 2$;
	\item $S$ - площадь окна, $S = 1,6 \cdot 2,3 = 3,68$ $\text{м}^2$;
	\item $k$ - коэффициент, учитывающий остекление (для двойного остекления $k = 0,6$);
	\item $Q_{c} = 127$ $\text{Вт}/\text{м}^2$ - теплопоступление от  окон.  
\end{itemize}

\begin{center}
$Q_{\text{изб.2}} = 2 \cdot 3,68 \cdot 0,6 \cdot 127 = 561$ Вт,
\end{center}

$Q_{\text{изб.3}}$ - тепловыделения людей.

\begin{center}
$Q_{\text{изб.3}} = n \cdot q$,
\end{center}

где:

\begin{itemize}
	\item $q = 80$ $\text{Вт/чел}.$;
	\item $n$ - число людей ($n = 3$).
\end{itemize}

\begin{center}
$Q_{\text{изб.3}} = 80 \cdot 3 = 240$ Вт

$Q_{\text{избыт}} = 330 + 561 + 240 = 1131$ Вт
\end{center}

Из уравнения теплового баланса следует:

\begin{center}
$V_{\text{вент}} = \frac{3600 \cdot 1131}{1000 \cdot (27 - 18) \cdot 1,22} = \frac{4071600}{10980} = 371$
$\text{м}^3/\text{ч}$
\end{center}

Оптимальным вариантом является кондиционирование воздуха, т.е. автоматическое поддержание его состояния в помещении в
соответствии с определенными требованиями (заданная температура, влажность, подвижность воздуха) независимо от
изменения состояния наружного воздуха и условий в самом помещении.

\subsubsection{Выбор вентилятора}
\label{subsubsec:LopastiChoise}

Вентиляционная система состоит из следующих элементов:

\begin{enumerate}
	\item Приточной камеры, в состав которой входят вентилятор с электродвигателем, калорифер для подогрева воздуха в
	холодное время года и жалюзная решетка для регулирования объема поступающего воздуха;
	\item Круглого стального воздуховода длиной $1,5$ м;
	\item Воздухораспределителя для подачи воздуха в помещение.
\end{enumerate}

Потери давления в вентиляционной системе определяются по формуле:

\begin{center}
$H = R \cdot l + \xi \cdot \frac{v^2 \cdot p}{2}$,
\end{center}

где:

\begin{itemize}
	\item $H$ - потери давления, $\text{Па}$;
	\item $R$ - удельные потери давления на трение в воздуховоде, $\text{Па}/\text{м}$;
	\item $l$ - длина воздуховода ($l = 1$ м);
	\item $v$ - скорость воздуха ($v = 2$ $\text{м}/\text{с}$);
	\item $p$ - плотность воздуха ($p = 1,22$ $\text{кг}/\text{м}^3$). 
\end{itemize}

Необходимый диаметр воздуховода для данной вентиляционной системы:

\begin{center}
$d = \frac{V_{\text{вент}}}{900 \cdot v \cdot \pi} = \frac{371}{900 \cdot 2 \cdot 3,14} = 0,065$ м
\end{center}

В качестве диаметра принимаем ближайшую большую стандартную величину - $0,1$ м, при которой удельные потери
давления на трение в воздуховоде - $R = 0,2$ $\text{Па}/\text{м}$.

Местные потери возникают в железной решетке ($\xi = 1,2$), воздухораспределителе ($\xi = 1,4$) и калорифере ($\xi =
2,2$). Отсюда суммарный коэффициент местных потерь в системе:

\begin{center}
$\xi = 1,2 + 1,4 + 2,2 = 4,8$
\end{center}

\begin{center}
$H = 0,2 \cdot 1 + 4,8 \cdot \frac{4 \cdot 1,22}{2} = 11,91$ Па
\end{center}

С учётом 10\%-го запаса:

\begin{center}
$H = 110\% \cdot 11,91 = 13,1$ Па

$V_{\text{вент}} = 110\% \cdot 371 =  408,1$ $\text{м}^3/\text{ч}$
\end{center}

\subsection*{Выводы}
\label{subsec:OBJSummary}

Создание благоприятных условий труда имеет большое значение для осуществления комфортной работы инженера-программиста.
Необходимо обеспечить оптимальную организацию рабочего места путём соблюдения всех требований к размерам рабочего
стола и сидения, к расположению предметов труда, к освещённости поверхностей, вентиляции в помещениях и т.д. Также
необходимо создать оптимальные микроклиматические условия. Выполнение всех перечисленных требований позволит сохранить
хорошую работоспособность инженера в течение всего рабочего дня.
